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Aug 09, 2023

溶接大

I fattori che limitano l’adozione dei veicoli elettrici (EV) includono:

電気自動車（EV）の普及を制限する要因の中には、バッテリーの充電に比較的長い時間がかかることが挙げられます。 ほとんどの場合、EV を完全に充電するには数時間かかりますが、ガソリン タンクを補充するには数分しかかかりません。

より大型で強力な EV バッテリーをより高速に充電できるようにするには、OEM は EV 充電回路で使用されるケーブルの直径を大きくする必要があります。 これは、ケーブル直径が大きくなると、導電性材料の抵抗によって発生する熱を放散しながら、より多くの電流を供給できるため、不可欠です。

現在、より迅速なバッテリー再充電を可能にする実用的な方法は、ケーブルの直径を大きくすることだけです。 これらは、今日の EV の一般的な充電電流レベルの最大 4 ～ 5 倍の高電流引き込みをサポートする必要があります。 ケーブルのサイズに関して言えば、これは直径約 60 平方ミリメートルの充電ケーブルから最大約 250 平方ミリメートルに移行することを意味し、材料として銅が選択され、面積が 4 倍以上増加します。

これらのはるかに大きな直径のケーブルを確実に接続することは、自動車メーカーにとって重大な技術的課題を引き起こします。 そして、進化する EV 設計内でこれらの大型の充電ケーブルを配線および収容すると、ケーブルの長さの問題が生じます。 理想的には、充電回路はできるだけ短くする必要がありますが、充電ケーブルの長さが長くなると、抵抗と熱放散の増加を考慮してケーブルの直径も大きくする必要がある場合があります。 ますます多くのバッテリーパックが車両の下に移動するため、より大きな通電導体を車両の客室周囲および下に収容し、配線する必要があることを意味します。 そのため、周囲の車両構造は導体を絶縁するだけでなく、急速充電に伴う熱負荷を安全に放散する必要があります。

接合の課題に戻りましょう。直径が大幅に大きいケーブルを超音波溶接するには、論理的にははるかに高い電力の使用と、部品を搬送する際に部品を所定の位置にしっかりと保持する能力が必要です。 導体の直径が約 60 平方ミリメートルを超える場合、一般的な超音波金属溶接技術では利益が減少する可能性があります。 クランプ力を加えるために使用される典型的な片持ちアクチュエータは、部品に対する堅牢なグリップを与えて失う傾向があるため、より大きな導体を接合するために必要な電力レベルが高くなると、現在の超音波溶接機の能力が伸びたり超えたりする可能性があります。 これを補うために振幅が増加することが多く、問題が悪化する傾向があります。 その結果、溶接関連の応力が増加し、導体が損傷し、信頼性の高い高品質の溶接が行われなくなります。

その理由は次のとおりです。溶接振幅 (水平振動) と電力が劇的に増加すると、いくつかの問題が発生する可能性があります。 まず、ケーブルのストランドにかかる曲げおよび伸張応力の量も劇的に増加し、疲労が増加し、ストランドの機械的故障が発生する可能性があります。

第 2 に、ツールとケーブルのより線の動きが大幅に増加するため、ケーブル間の溶接領域で必要とされるよりも大幅に多くの摩擦と熱が発生します。 この過剰な熱は溶接ゾーンからケーブルの他の領域に広がるため、この過剰な熱と、過剰な溶接振幅を提供するために必要な追加の電気エネルギーの両方が無駄になります。

最後に、溶接ツールの信頼性と有効性が低下します。これは、振幅と出力が大きくなると、通常はケーブルのより線を圧縮し、掴み、こすり合わせる必要がある溶接ツールがグリップを失い、ケーブルのより線に対して滑り始めるためです。 このような工具の滑りは、急速かつ過剰な工具の摩耗、工具の交換および修復コストの増加、溶接装置への過度のストレス、およびエネルギー消費の増加をもたらします。

より高い振幅と電力によって引き起こされるツールの滑りに対する論理的な解決策の 1 つは、溶接プロセスで使用されるクランプ力を大幅に増加させることです。 しかし、テストにより、直径が 60 平方ミリメートルを超えるケーブルを溶接する場合、現在の多くの超音波金属溶接機で使用されている片持ち式プレス アクチュエータは、機械的限界を超えて圧力がかかることが実証されました。

したがって、非常に大きな導体を確実に溶接するために制御された振幅を維持しながら、より高い電力を効率的に供給するという技術的課題に対処するには、溶接するツールと部品を固定する新しいアプローチが必要です。

最適なソリューションでは、片持ちプレス アクチュエータを排除し、溶接する部品に直接下向きの力を加えます。 直接下向きの力により、出力と振幅の範囲全体にわたって部品をしっかりと保持し、溶接プロセスの制御を維持します。 エマソンが開発したこのソリューションは、ブランソン GMX-20-DP 溶接機に代表される新世代のブランソン「ダイレクト プレス」超音波溶接装置に組み込まれています。 この機器は 2 つの重要な機能を提供します。 まず、この再設計された装置は、最大 6,100 ニュートンの高レベルのクランプ力を太いケーブルに及ぼすことができます。 第 2 に、より高いレベルのクランプ圧力下で大きな導体を溶接するのに不可欠な振動運動と摩擦熱を生成するために必要な、大幅に高い電力レベルの供給を効率的に管理できます。

同時に、エマソンは、より高いクランプ力による応力下での工具の急速な摩耗の問題を克服する工具の改良に取り組み始めました。 この新しい工具はホーンとアンビルの両方に適用可能で、工具の硬度と耐久性を向上させる新しいコーティングと、溶接工具のケーブルに対するグリップ力を高める特殊なローレット加工を組み合わせています。 この改良されたツールを新しい「ダイレクト プレス」超音波金属溶接機の機能と組み合わせると、片持ちプレス溶接機よりも大幅に効率的で再現性の高い大径ケーブル溶接プロセスが実現します。

効率の向上は、溶接の品質だけでなく、最適化された溶接が直接的で強力なダウンフォースと制御可能な低振幅で行われるという事実からもわかります。 新しい工具の設計と構成により、滑りが大幅に減少し、工具の摩耗のほとんどが軽減されるため、工具交換の間隔が大幅に長くなります。